CN103368137A - 一种基于网络的自修复的多端数据同步差动保护方法 - Google Patents

Abstract

一种基于网络自修复的多端数据同步差动保护方法。该方法基于平衡传输网络，差动保护网络内的任何一台差动保护装置都可以通过竞争成为主时钟属性的保护装置，竞得主时钟属性的保护装置定期（2S）发出时钟同步邀约，从时钟属性的保护装置接收主时钟的时钟同步报文以及随后的时间校正报文，并且通过与主时钟之间的请求、应答机制获取网络时延，从而精确完成自身时钟与主时钟的同步。差动保护网络系统内各保护装置之间的采样时钟差别优于4us。本发明差动保护装置的时钟精确度不受保护装置安装点在网络中的位置影响。差动保护网络内的各差动保护装置按照各自同步后的时钟步调完成数据采集，实现高精度的数据采集与传输。

Description

一种基于网络的自修复的多端数据同步差动保护方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护和自动化技术领域，具体涉及一种利用平衡传输网络实现高精度、自修复的多端数据同步差动保护方法。

背景技术

光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的，基本保护原理是基于基本电流定律，它能够理想地使保护实现单元化，原理简单，不受运行方式变化的影响，而且由于各侧的保护装置没有电联系，提高了运行的可靠性。目前电流差动保护在电力系统的主变压器、线路和母线上大量使用，其灵敏度高、动作简单可靠快速、能适应电力系统振荡、非全相运行等优点，是其他保护形式所无法比拟的。光纤电流差动保护实现的前提是各侧数据的同步，高精度的数据同步方法是光纤纵差的核心技术。目前使用的各种同步技术要么受网络变化影响严重，不能实用光纤环网场合，要么依赖于外部时钟源；目前常规的差动保护均需要对采样间隔或者采样数据进行不断调整，影响采样精度；更为重要的是适合多端系统比较困难。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种基于网络的自修复、多端数据同步差动保护方法。该方法使得差动保护不受网络方式限制，能够适应不同采样率的多端系统。

本发明具体采用以下技术方案。

一种基于网络的自修复的多端数据同步差动保护方法，其特征在于，所述同步差动保护方法包括以下步骤：

（1）由差动数据通道连接起来的差动保护装置网络内各差动保护装置通过竞争确定自身的时钟节点属性是主时钟属性还是从时钟属性：通过差动通道连接起来的差动保护装置在3S内没有收到网络内其他主时钟属性的差动保护装置的Sync时钟同步报文，则预设自己为主时钟属性保护装置，并继续监视所述网络的Sync时钟同步报文，如果在本差动保护装置ID*10ms时间内仍然没有收到主时钟属性保护装置的Sync时钟同步报文，则开始正式确定自己为主时钟属性保护装置身份，并开始以自己的时钟同步差动保护装置网络上其他差动保护装置的时钟，其他保护装置收到来自主时钟属性装置的同步消息后，设置自己为从时钟属性装置；

（2）各差动保护装置采样时钟同步：各差动保护装置确定好自己主从时钟属性以后，由主时钟属性的保护装置负责时钟同步过程，其中主时钟属性的保护装置发出Sync时钟同步报文，并在随后发确切报文发出时间，从时钟属性的保护装置根据时钟同步报文以及确切报文发出时间，根据接收准确时间校正自身时间，然后发出校正应答报文并记录准确发出校正应答报文的时间，主时钟属性保护装置记录下准确的接受时间并返回应答报文，从时钟属性保护装置据此确定网络时延，校正时钟，达到整个差动保护网络时钟的完全同步；

（3）在完成各个差动保护装置时钟同步以后，各差动保护装置按照自身的晶振走时，整个由差动数据通道连接起来的差动保护装置网络按照2S一个周期进行时钟确认，确保网络内各差动保护装置时钟差别小于4us；

（4）完成时钟同步的各差动保护装置按照自身的时钟步调等间隔完成电流数据采集并对采集数据打上时间标签，然后把打上时间标签的电流采样值通过差动数据通道以udp组播报文发送出去，并接收来自差动数据通道上其他保护装置发过来的带时标的电流采集数据，然后按照时标对齐存储，形成整个差动保护系统各支路的电流采样数据集；

（5）各差动保护装置依据自己采集的以及来自差动保护装置网络传输的其他保护装置的采样数据完成差动保护判断，判据如下：

|i₁+i₂+…+i_n|≥I_cd                         （1）

|i₁+i₂+…+i_n|≥K·(|i₁|+|i₂|+…+|i_n|)            （2）

式中i₁、i₂、…、i_n为差动保护装置采集的电流，K为制动系数，I_cd为差动电流门坎值。

本发明通过网络自愈同步方法，使得保护系统各端的保护装置采样时钟不依赖于任何外部时钟源，自主、快速、高精度同步，同时在保护系统主时钟保护装置时钟质量变化后可优选系统内优质时钟装置作为主时钟完成保护系统采样时钟的再同步。该方法与组网方式无关，可适用于光纤环网，通过此方式实现的光纤差动保护系统可实现多端系统，同时可适用于不同的采样率的系统（如一端数字化，另一端常规保护）。

附图说明

图1为采样时钟同步过程示意图；

图2为一五端差动系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

本发明具体采用以下技术方案。

下面以图2所示的五端差动系统为例，介绍本发明的差动保护方法。建立RTDS模型，在T1、T2、T3、T4、T5处各安装一台光差保护装置，模型在装置安装处输出三相电路电流（Ia，Ib，Ic），并接入对应的差动保护装置。

通过光纤环网连接5台装置，其中两台装置（如T1、T4）预设为20点/周采样，其余三台装置预设为40点/周采样。并且设置五台装置的网络ID分别是1、2、3、4、5。设置完成后重新给5台装置通电，系统即进入差动保护运行过程：

（1）5台装置通电后3S内因为没有装置确认为主时钟属性装置，差动保护网上不会有时钟同步报文（Sync），由于T1装置的ID号最小，ID*10ms时间最小，根据时钟竞争规则T1装置会竞得主时钟属性，T2、T3、T4和T5装置为从时钟属性装置。T1通过光纤通道给T2、T3、T4和T5装置进行时钟同步；

（2）五台差动保护装置（T1、T2、T3、T4、T5）组成的差动系统完成主从时钟属性竞争之后，开始差动保护系统内时钟同步过程，同步过程如图1所示，详细分解如下：

i)T1装置向其余4台装置发时钟同步报文（Sync），报文内容包含T1装置当前时钟t1；

ii)其余四台装置收到来T1装置的时钟同步报文（Sync），同时记录下各自接收时刻t2；

iii)T1装置在发出时钟同步报文（Sync）以后，发出时钟送确认报文，该报文包含Sync报文发出的确切时刻；

iv)T2、T3、T4和T5装置在t3时刻收到来自T1装置的确认报文，根据各自记录的时刻t1和t2校正自身的时钟，调整后各自与T1装置之间的最大时差为△t1（主时钟装置到从时钟装置之间的数据通道时延），至此完成时钟设置阶段；

v)T2、T3、T4和T5装置分别在各自t4时刻发出时钟校准请求报文，并记录下发送时刻t4；

vi)T1装置在t6时刻收到来某一台从时钟装置（T2、T3、T4或T5）的时钟校正请求报文，并记录下接收时刻t6；

vii)T1装置随后向从时钟装置（T2、T3、T4或T5）返回校正确认报文，该报文里面包含接收时刻t6，并在该报文从自己的网络端口发出后补发发送时刻确认报文，发送时刻确认报文内包含准确发送时刻，发送时钟校正请求的从时钟装置（T2、T3、T4或T5）依据t4、t5、t6、t7差校正自身时间。

（3）系统在1S内完成时钟同步，五台装置（T1、T2、T3、T4、T5）分别显示同步标识。然后5台差动保护装置分别按照自身的晶振走时。由5台差动保护装置组成的差动保护网络按照2S一个周期进行时钟确认，确保网络内各差动保护装置时钟差别小于4us；

（4）完成时钟同步后五台装置分别调整自己的采样步调与自己的时钟步调一致，分别按照预设采样率定间隔进行数据采集，并为每一个采样点的数据打上采样时刻标签存入采样缓冲区，同时按照3ms间隔通过光纤通道以udp组播报文（一包多点）发送出去，并接收来光纤通道上其他四台保护装置发过来的带时标的电流采集数据，然后按照时标对齐存储，形成整个差动保护系统各支路的电流采样数据集；

（5）各装置把收到的其他四台装置已经根据时标对齐的电流采样值与本侧的电流采样值进行差动计算：电流的相量和的幅值作为差动电流，各侧电流幅值的最大值作为制动电流，采用比率制动特性进行判定，判据如下：

|i₁+i₂+…+i_n|≥I_cd                          （1）

|i₁+i₂+…+i_n|≥K·(|i₁|+|i₂|+…+|i_n|)         （2）

式中i₁、i₂、…、i_n为差动保护各节点采集的电流，K为制动系数，I_cd为差动电流门坎值，n=5。

满足公式（1）和（2）动作，否则不动作。

实验中各侧装置同步相量角度偏差小于1°。通过RTDS系统模拟K1处两相短路故障，五台装置均能可靠动作；模拟K2故障，五台装置均可靠不动作。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (3)

1.一种基于网络的自修复的多端数据同步差动保护方法，其特征在于，所述同步差动保护方法包括以下步骤：

（1）由差动数据通道连接起来的差动保护装置网络内各差动保护装置通过竞争确定自身的时钟属性是主时钟还是从时钟；

（2）各差动保护装置进行时钟同步；

（3）在完成各个差动保护装置时钟同步以后，各差动保护装置按照自身的晶振走时，整个由差动数据通道连接起来的差动保护装置网络按照2S一个周期进行时钟确认，确保网络内各差动保护装置时钟差别小于4us；

（4）各差动保护装置按照自身的时钟步调等间隔完成电流数据采集并对采集数据打上时间标签，然后把打上时间标签的电流采样值通过差动数据通道以udp组播报文发送出去，并接收来自差动数据通道上其他保护装置发过来的带时标的电流采集数据，然后按照时标对齐存储，形成整个差动保护系统各支路的电流采样数据集。

（5）各差动保护装置依据自己采集的以及来自差动保护装置网络传输的其他保护装置的采样数据完成差动保护判断，判据如下：

|i₁+i₂+…+i_n|≥I_cd               （1）

|i₁+i₂+…+i_n|≥K·(|i₁|+|i₂|+…+|i_n|)           （2）

式中i₁、i₂、…、i_n为差动保护装置采集的电流，K为制动系数，I_cd为差动电流门坎值。

2.根据权利要求1所述的基于网络的自修复的多端数据同步差动保护方法，其特征在于：

在步骤（1）中，每台差动保护装置如果在3S内没有收到差动保护装置网络内主时钟属性保护装置的Sync时钟同步报文，则预设自己为主时钟属性保护装置，并继续监视所述网络的Sync时钟同步报文，如果在本差动保护装置的网络编号ID*10ms时间内仍然没有收到主时钟属性保护装置的Sync时钟同步报文，则开始正式确定自己为主时钟属性保护装置身份，并开始以自己的时钟同步差动保护装置网络上其他差动保护装置的时钟，其他保护装置收到来自主时钟属性装置的同步消息后，设置自己为从时钟属性装置。

3.根据权利要求1所述的基于网络的自修复的多端数据同步差动保护方法，其特征在于：

在步骤（2）中，各差动保护装置确定好自己主从时钟属性以后，由主时钟属性的保护装置负责时钟同步过程，其中主时钟属性的保护装置发出Sync时钟同步报文，并在随后发确切报文发出时间，从时钟属性的保护装置根据时钟同步报文以及确切报文的发出时间，根据接收准确时间校正自身时间，然后发出校正应答报文并记录准确发出校正应答报文的时间，主时钟属性保护装置记录下准确的接受时间并返回应答报文，从时钟属性保护装置据此确定网络时延，校正时钟，达到整个差动保护网络时钟的完全同步。

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